太阳辐射气象站实测数据与NASA数据对比分析——以吐鲁番地区光资源为例

胡小韦

(新疆新能源研究院有限责任公司,乌鲁木齐　830026)



太阳辐射气象站实测数据与NASA数据对比分析
——以吐鲁番地区光资源为例

胡小韦

(新疆新能源研究院有限责任公司,乌鲁木齐830026)

摘要：近年来，中国太阳能开发和利用发展迅速，而项目区光资源的好坏往往关系到整个项目的成败，其评价的基础数据源是否真实可靠地反映了该区域的实际情况显得尤为重要，文章利用不同数据来源对吐鲁番地区光资源进行评价，旨在为类似区域进行资源评价和项目开发提供参考。关键词：太阳辐射；对比分析；NASA；吐鲁番地区

0前言

随着国家新能源发展战略的提出和实施，中国新能源产业进入跨越式发展的阶段[1-3]。太阳能是可再生、无污染、能量大、前景广的能源，大力发展光伏这一清洁能源已成为世界各国的战略选择。中国太阳能储量很大、分布面广，开发利用潜力巨大[4-7]。

近年来受国家政策和资金的支持，中国太阳能开发和利用发展迅速[8-11]，截至2014年底，光伏发电累计装机容量2 805万kW，其中，光伏电站2 338万kW，分布式467万kW，同时国家能源局73号文中明确提出2015年新增光伏容量17.8 GW，意味着中国光伏产业将迎来新一轮的投资热潮。在此背景下，基础辐射数据源作为评价一个区域资源好坏的依据[11]，在进行光伏场址选择显得尤为重要；而往往项目场区较为偏远，缺乏一手的辐射数据作为支撑，而不得不采用其他数据源进行项目场址的遴选，如采用NASA或其他数据。本文采用吐鲁番气象站的实测辐射数据与NASA数据进行对比分析，进而得出两者差异，为项目前期开发及选址提供参考。

1研究区概况及参证气象站的选取

吐鲁番地区位于新疆东部，是新疆太阳能资源较为丰富的地区[13]。吐鲁番地区属于典型的大陆性暖温带荒漠气候，日照充足，热量丰富但又极端干燥，降雨稀少且大风频繁，故有“火洲”、“风库”之称。全年日照时数为3 000～3 200 h，比我国东部同纬度地区多1 000 h左右[14]，太阳年辐射量5 940～6 120 MJ/m2，比同纬度的华北、东北地区多550～750 MJ/m2。

从资源条件上来看，吐鲁番年均辐射量较哈密和和田-民丰-且末-若羌沿线以南区域差，又比天山北麓好，由于南疆南部区域春季多沙尘暴和浮尘，太阳辐射减弱，散射分量增大，吐鲁番地区太阳能辐射资源介于南疆南部和哈密之间，且沙尘天气较南疆少，因此选取吐鲁番气象站作为研究对象具有一定代表性。

吐鲁番气象站为国家三级站，属国家基准气象站，地理坐标为N42°56′，E89°12′，海拔高度34.5 m，具有多年太阳辐射、气温、气压、温度、主导风向等观测数据。为了对比NASA数据与气象站实测数据差异，在进行NASA数据下载时选取与吐鲁番气象站相同的地理经纬度。

2对比与分析

2.1太阳总辐射对比

2.1.1吐鲁番太阳总辐射分析

根据收集到吐鲁番气象站1993—2009年17 a间全年太阳总辐射量数据图1(a)，绘制出多年年际变化幅度直方图，详见图1(b)：

图1(a)　吐鲁番气象站太阳总辐射年际变化直方图

统计表明：吐鲁番地区多年平均全年太阳总辐射量为5 512.86 MJ/m2，其中1996年最高，达到6 005.37 MJ/m2；1999年最低，仅为5 038.57 MJ/m2，相差966.8 MJ/m2。17 a中有6 a总辐射量超过平均值，11 a小于平均值，年平均波动幅度3.87%，年际最大波动幅度-12.30%(1997—1998年)。

图1(b) 吐鲁番气象站太阳总辐射年际变化幅度直方图

2.1.2吐鲁番地区NASA太阳辐射数据

NASA Surface Meteorology and Solar Energy Data Set数据库(由美国The NASA Langley Research Centre发布管理，与SSE数据库兼容，2006年后采用太阳辐射观测卫星数据，其中2008年1月1日后采用Terra与Aqua卫星数据，可以做到数据实时更新。The NASA Langley Research Centre与加拿大Canmet中心合作，为RETScreen软件提供数据支持，可通过该软件下载数据。)吐鲁番地区1993—2009年年际变化直方图见图2。

图2　吐鲁番地区NASA太阳总辐射年际变化直方图

统计表明：吐鲁番地区多年平均全年太阳总辐射量为5 943.53 MJ/m2，其中2009年最高，达到6 393.67 MJ/m2，1996年最低，为5 575.57 MJ/m2，相差818.1 MJ/m2。

2.1.3太阳总辐射实测数据与NASA数据对比分析

为了更好地对比分析同一个点实测数据与NASA数据的差异，将2种数据源放到同一个直方图中进行比对，从图3可以看出：除1996和1997年实测数据略微较NASA数据大以外，其余气象站实测数据总体较NASA数据小，且2007至2009年尤为明显。

图3吐鲁番气象站太阳总辐射数据与NASA数据对比图

2.2月辐射量对比分析

2.2.1气象站月辐射量对比分析

收集整理了吐鲁番气象站1993—2009年1 a间月辐射量，从图4可以看出：气象站多年月辐射量4—9月较大，冬春季月辐射量相对较小，其中6月辐射量最大，12月辐射量最小。

图4　吐鲁番气象站月辐射量年内变化直方图

2.2.2NASA月辐射量对比分析

从NASA数据中获取气象站处多年月辐射值，从图5可以看出：NASA多年月平均辐射值以5月份最大，12月份最小，相差473 MJ/m2。其中月辐射量4—9月较大，冬春季月辐射量相对较小，每年1—5月逐月增大，6—12月逐月减小。

图5　NASA数据月辐射量年内变化直方图

2.2.3月辐射量对比分析

从图6可以看出：2种数据源总体趋势变化一致，NASA月辐射量值总体较实测数据大，其中NASA数据全年以5月份太阳总辐射量为最大，达到712.31 MJ/m2；12月份最小，仅为228.40 MJ/m2，相差483.9048 MJ/m2；实测数据6月最大，达到722.7 MJ/m2，12月份最小，仅为150 MJ/m2，6、7、8三个月实测月辐射量大于NASA数据值。

图6吐鲁番气象站太阳月辐射数据与NASA数据对比图

2.3对比结果分析

(1) 2种数据源多年总辐射数据比较表明：① 年变化趋势基本一致，但部分年份差值过大，尤其在1996年，NASA数据为多年最小值，而吐鲁番气象站为多年最大值；② 总体来讲，NASA太阳总辐射值较实测值偏大，且2007—2009年尤为明显，平均增加430.1 MJ/m2。

(2) 2种数据源多年月辐射值总体趋势变化一致，月辐射量4—9月较大，冬春季月辐射量相对较小，每年1—5月逐月增大，6—12月逐月减小，NASA月辐射量值总体较实测数据大。

分析差异原因，由于NASA通过对卫星观测数据反演得到的分辨率在3～110 km的太阳辐射数据，因此是造成数据值偏大的主要原因，加之由于吐鲁番气象站海拔较低，春秋季风沙较大，同时气象观测站址位于城区，受工业生产、城市建设所带来的大气污染较重，底层大气透明度较差，导致其观测数据值较低，在进行项目选址时应充分考虑其特殊性。

3结论

通过对比分析表明：吐鲁番地区NASA数据结果较实测值偏大，如现场无实测数据采用NASA数据进行分析时，应充分考虑数据偏差，从1993—2009年对比偏差平均值为390 MJ/m2，高出实测值约6.5%，基本上在可接受范围内，需要在发电量折减时将这一因素考虑进去。

参考文献:

[1]辛渝,赵逸舟,毛炜峄,等.新疆太阳总辐射资料的均一性检验与气候学估算式的再探讨[J].高原气象,2011，04(02):65-69.

[2]刘俊峰,陈仁升,阳勇,等.实际地形下30 min太阳辐射模拟及误差分析——以祁连山马粪沟流域为例[J].高原气象,2011,06(12):43-46.

[3]郑有飞,尹炤寅,吴荣军,等.1960-2005年京津冀地区地表太阳辐射变化及成因分析[J].高原气象,2012,12(10):78-81.

[4]王炳忠,丁蕾,杨云.关于光电型总日射表光谱性能的研究[J].太阳能学报,2012,12(28):95-99.

[5]李润春,高欣.阳泉市城市化发展对日照时数影响的分析[J].高原山地气象研究，2014,1(34):51-56.

[6]董旭光,邱粲,刘焕彬.山东省日照时数的气候变化特征及其影响因素[J].中国农业气象,2013,34(02):138-145.

[7]叶冬,申彦波,杜江.吐鲁番气象站周边典型建筑对日照时数的影响分析[J].高原气象,2014,33(06):1712-1721.

[8]申彦波,常蕊,杜江.吐鲁番地区可利用太阳能资源分析[J].高原气象,2015,34(02) :470-477.

[9]马洪亮,马燕,葛洪燕.阜康市日照时数变化及影响因子分析[J].现代农业科技,2011(20):14-16.

[10]井立红,井立军,高婧.塔城地区日照时数变化特征及影响因子分析[J].干旱区资源与环境,2010,24(07):120-126.

[11]李祖敏,陈健,林雪香.近50年贵港日照时数变化特征及影响因子分析[J].农业研究与应用,2014(03):55-59.

[12]刘佳,何清.新疆太阳辐射特征及其太阳能资源状况[J].干旱气象,2008,26(04):61-66.

[13]冯刚,李卫华.新疆太阳能资源及区划[J].可再生能源,2010,28(03):133-139.

[14]吕绍勤,徐世国.新疆新能源手册[M].乌鲁木齐:新疆人民出版社,1996.

Comparison and Analysis on Data of Solar Radiation from Meteorological Station and NASA——with solar resource in Turfan region

HU Xiaowei

(Xinjiang New Energy Institute Co., Ltd., Urumqi830026,China)

Abstract:In recent years, solar energy in China is developed and utilized rapidly. Whether the solar resource in project region is good or not is related to the project success. Whether the basic data for assessment of the solar resource truly and reliably present the actual one of the region is very important. In the paper, the solar resource in Turfan region is assessed by application of different data resources to provide the resource assessment of similar regions and project development with reference. Key words:solar radiation; comparison and analysis; NASA; Turfan region

文章编号：1006—2610(2016)03—0075—04

收稿日期：2016-02-03

作者简介：胡小韦(1982- )，男，新疆阿克苏人，工程师，主要从事新能源开发利用工作.

中图分类号：P413

文献标识码：A

DOI:10.3969/j.issn.1006-2610.2016.03.020